[发明专利]一种锌电极、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种锌电极、制备方法及其在可充放电锌空气电池中的应用。所述锌电极包括锌片，所述锌片上涂覆由涂层材料、粘结剂和分散剂制成的涂层，所述涂层材料为聚苯胺。制备方法为：将涂层材料与粘结剂加入研磨混合；将分散剂加入到混合料中，继续研磨，得到聚苯胺浆液；将聚苯胺浆料用刮刀涂覆在锌片上，然后真空干燥，冷却后得到聚苯胺涂层修饰的锌电极。本发明制备方法工艺简单、成本低、可控性好，所获得的聚苯胺涂层修饰的锌片可有效提高锌电极利用率和可逆性，降低锌电极析氢反应速率，延长锌电极的循环寿命，在电催化和二次锌空气电池相关领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种锌电极的制备及应用，主要用于碱性条件下电催化的技术领域，具体用于锌空气电池技术领域，属于能源材料的制备和应用技术领域。

背景技术

伴随经济快速发展，人们对各类电源的需求也在不断增大。因此发展高比能并且清洁安全的储能电池成为社会发展的重要需求。其中锌空气电池由于其绿色环保，不采用重金属，电解液也是水相系，对环境基本无污染。此外锌空气电池还具有比能量高(理论能量密度高1350Wh·kg^-1)、安全性能好和电池结构简单等优点。可充电锌空气电池作为一种低成本绿色可持续型能源受到广泛关注。锌空气电池主要是由空气正极、锌负极以及电解液组成。空气电极利用空气中的氧作为正极反应活性物质，负极采用锌作为活性物质。空气电极中进行氧还原和析氧反应，氧在反应中不消耗，因此锌空电池的容量主要取决于金属锌的用量。在可充放电锌空电池中，由于电流分布不均和浓度差，充放电过程中锌负极会发生溶解和沉淀。此外金属锌在碱性电解液中是热力学不稳定，会发生析氢腐蚀。循环中锌电极还会出现枝晶生长和电极钝化等问题，造成锌电极寿命降低和电池容量损失。

目前使用最广泛的锌电极是锌箔和锌膏，但是这种单一锌物质难以阻止在长期充放电过程中产生的锌钝化、枝晶和锌片形状改变等问题。因此，亟需研发一种适用于可充电锌空气电池的锌电极，保证电极使用寿命，降低二次锌空气电池的能量损耗，稳定循环效率，以满足日益发展的可充放电锌空气电池的使用需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：可充放电锌空气电池由于锌电极自腐蚀、枝晶生长和钝化等原因造成电极和电池循环寿命短的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了以下技术方案：

一种锌电极，其特征在于，包括锌片，所述锌片上涂覆由涂层材料、粘结剂和分散剂制成的涂层，所述涂层材料为聚苯胺。

优选地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。

优选地，所述分散剂为N-甲基吡咯烷酮。

优选地，所述涂层材料与粘结剂的质量比为(0.5-3)：1。

优选地，所述涂层材料、粘结剂为粉体，两者的质量与分散剂的比例为5-50g/L。

本发明还提供了上述锌电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)：将涂层材料与粘结剂加入研磨混合；

步骤2)：将分散剂加入到步骤1)得到的混合料中，继续研磨，得到聚苯胺浆液；

步骤3)：将步骤2)得到的聚苯胺浆料用刮刀涂覆在锌片上，然后真空干燥，冷却后得到聚苯胺涂层修饰的锌电极。

优选地，所述步骤3)中的锌片涂覆前先用砂纸打磨，然后用乙醇超声清洗，再室温干燥。

优选地，所述步骤3)中真空干燥的温度为50-120℃，时间为5-12h。

本发明还提供了上述锌电极在可充放电锌空气电池中的应用。